如何減少3D列印的成本與加快生產的時間?

快速的打樣設計可以幫公司將想法轉變為現實,將這些概念發展成為跟成品相似的樣品,並可以通過一系列的驗證程序,來達到最終的批量生產。

工程師與設計師做產品的硬件打樣已經有數十年的時間,不過打樣的工具、材料以及方法隨著時間有很大的進步。有了像3D列印機這樣的快速打樣工具,產品研發團隊可以直接從CAD製作樣品,可以做快速的實際測試,再根據測試結果做修改,整體的成本也比以往要低許多。

透過3D列印來進行打樣跟使用傳統機具、外包給廠商來製作等方式有滿大的差別—包含費用因素、效率與設計準則等。

透過這篇文章,我們將會帶您看到幾個可以優化您3D列印流程的方法,讓您可以達到更高的CP值,節省更多時間與成本。

一、 公司內部直接打樣

對於有在做產品打樣的公司來說,「外包打樣製作」或者「自行購買設備」是一個首要考慮的問題。

當外包製作需要數天甚至數週才能完成時,就會變得無法「快速」打樣。且當產品需要做多數十次甚至是更多次的迭代時,外包可能就會變得又貴又費時。另一方面,如果要購買多款機器來生產同個產品中的不同零件,通常也會需要大量的資金、專門的放置地點與專業的操作知識。

對大多數的公司來說,最好的方式是把最常用的打樣工具導入公司內,而較大型、需要特殊材料、或需要複雜加工過程的物件則可以選擇外包。

小型的桌面級3D列印機可以滿足大多數公司的樣品製作需求,它們快速、易於操作、可以在辦公室環境中使用、且不需要花太多時間培訓。根據打樣的零件數量與大小而定,桌面級3D列印機的投資費用可以在數月內就達到收支平衡,並為產品開發節省數週甚至是數月的時間。

 

3D列印設備/材料以及列印效果,可點選參考下列機種

 

 

二、選擇合適的技術和機種

要找到合適的打樣材料與設備,首先,您需要考慮您的樣品需要的東西:您的樣品需要做外觀的演示、還是需要做產品機械性能的測試?

了解這些需求可以幫助您選擇正確的技術。例如,對於基本概念的模型,可能需要追求的只有列印速度—細緻度與表面平滑度可能比較不追求。不過若是「擬真」的樣品,就會需要可以擁有高細緻度、高平滑度的設備與材料—而需要功能測試的樣品則會需要承受機械的應用或者特殊的材料特性,例如光學透明。

 

3D列印技術綜合比較

三、自動化後處理

後處理流程是3D列印打樣經常被忽略但可能花費許多時間的一部分。某些技術相比其他技術需要的後處理時間更少,不過幾乎所有的3D列印物件都需要一定程度的後處理。

某些後處理的步驟可以經過自動化來減少人工的時間與成本。「自動化後處理」的一個很好的案例就是Form3自動清洗機Form Wash二次光固機Form Cure,可以幫您快速清洗物件與二次固化,讓物件的性能發揮到最好!

 

自動化後處理設備,可點選參考下列機種

 

四、用多個零件來組成大型物件

 直接用3D列印來印大型的零件可能是一個昂貴又耗時的流程,通常需要將零件外包給具有大型工業列印機的服務廠商。

不過,就像「組合件」是由多個單獨的物件所組成,將模型拆解成多個小物件進行組合,是一個製作大型物件很好的方式。您可以在您的設計中加上一些功能,讓物件可以自行對齊,或者直接簡單地用直接切割零件,在接合過程中自行對齊。

在選擇接合方法,您應該首先考慮接合的強度,這也會跟物件最終的使用情況有關:

化學固定:用黏著劑來連結藝術品、模型以及擁有複雜結構的作品,這些作品不是功能性用途而是看外觀。

機械固定:如果是需要牢固的機械接合、或者需要重複安裝與拆卸的物件,可以直接加上螺紋或凹口。

 

五、將零件鏤空挖洞

在預設的情況下,大部分的3D列印機會實心去列印物件。若您是沒有需要做功能性物件時,將物件作鏤空,是節省大量的材料與列印的時間的好方法。

 

 列印時間材料
實心列印15小時35分246.28 ml
鏤空列印7小時47分77.37ml

 

 

檔案鏤空教學影片

六、調整層厚度

調整層厚度是減少列印時間的好方法,例如,在SLA系統上,用50微米與100微米得層厚度之間的差異不大,但列印時間減少了近50%。

七、優化時間表

有幾種方法可以優化您的3D列印計畫,讓您可以實現最大的產出,達到將近24小時都在列印。

優化的方式包含了:

1. 一次列印多個物件

2. 白天列印小的物件,晚上時列印較大的物件

3. 使用多台列印機來分配工作量,以增加同一日的產出

4. 用「儀表板」來接收列印的通知。可以遠端管理與監視多台的3D列印機

八、減少或消除多餘的支撐結構

擺放不佳的物件可能會造成有過多的支撐材。過多的支撐材會使用更多的材料、增加3D列印的時間、也會增加後處理的時間。取決於您設計,您的物件有可能不用任何支撐材或是用有限的支撐材就可以列印。大多的列印前置軟體都讓您可以測試不同的擺放方式、並確認不同的設定與材料會如何影響列印的時間。

有些技術可能比起其他技術更適合您的物件。如果要用FDM列印機印複雜的物件,通常會需要較多的支撐材,且較為難拆。SLA光固化列印機的支撐材很好拆且可以透過軟體來優化支撐材結構。SLS設備則不需要任何的支撐材,因為粉末就是支撐。

九、優化您的設計 

儘管3D列印機已經提供了很高的設計自由度,只需要花一些時間來調整幾何結構,就可以確保高品質的有效列印。在設計3D列印的物件時,請記得遵循設計指南來設計出合適的物件。

常見的優化方式包括:

1. 維持壁厚有一定的厚度或大於最小的厚度。

2. 避免傾斜或懸空結構,或者在傾斜與懸空結構處生成支撐材。

3. 在鏤空的物件上添加孔洞已排出材料。

4. 透過晶格結構以達到物件強度、材料使用與列印速度之間理想的平衡。

十、避免列印失敗

失敗的零件與機具的損壞會浪費大量昂貴的工程時間,且可能讓產品開發週期加長好幾天甚至是數週。

幸運的是,自第一台桌面級3D列印機上市十年後,3D列印機已經有了很完善的發展,現在專業的3D列印機是公司行號可以依賴的可靠工具。

根據經驗,您可以透過遵循一些簡單的規則來減少不必要的失敗:

1. 跟有提供教育訓練與技術支援的設備與公司合作

2. 保持設備與工作區域的整潔

3. 花時間完善地設定與調整您的列印檔案

4. 僅使用可靠、經過測試的材料做列印

5. 在列印前先確認材料的有效期限

6. 進行製造商所指示的定期維護與保養

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